T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI

T.C. MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI MEGEP (MESLEKÎ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ) GIDA TEKNOLOJİSİ PROTEİNLERİN ÖZELLİKLERİ ANKARA, 2006

Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller; Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır). Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında uygulanmaya başlanmıştır. Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılan değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir. Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden ulaşılabilirler. Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak dağıtılır. Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında satılamaz.

İÇİNDEKİLER AÇIKLAMALAR...iii GİRİŞ...1 ÖĞRENME FAALİYETİ 1...3 1. PROTEİNLER...3 1.1. Aminoasitler...4 1.1.1. Aminoasitlerin Yapısı...6 1.1.2. Aminoasitlerin Sınıflandırılması...8 1.1.3. Aminoasitlerin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri...9 UYGULAMA FAALİYETİ...11 DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ...12 ÖĞRENME FAALİYET 2...15 2. Proteinlerin Yapısı ve Özellikleri...15 2.1. Proteinlerin Yapısı...15 2.1.1. Primer Yapı (Birincil Yapı )...16 2.1.2. Sekonder Yapı( İkincil Yapı )...16 2.1.3. Tersiyer Yapı ( Üçüncül yapı )...18 2.1.4. Kuarterner Yapı (Dördüncül Yapı)...18 2.2. Proteinlerin Sınıflandırılması...19 2.2.1. Yapısına Göre Proteinler...20 2.2.2. Kimyasal Kompozisyonlarına Göre Proteinler...20 2.2.2.2. Bileşik Proteinler (Konjuge Proteinler, Proteidler, Heteroproteinler)...22 2.2.3. İşlevsel Özelliklerine Göre Proteinler...24 2.3. Proteinlerin Bazı Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri...24 2.3.1. Proteinlerin Molekül Ağırlıkları...24 2.3.1. Proteinlerin İyonlaşma Özelliği...24 2.3.3. Proteinlerin Çözünürlük Özelliği...25 2.3.5. Protein Denatürasyonu ve Koagülasyonu...26 2.4. Proteinlerin İşlevsel Özelikleri...27 2.4.1. Hidrasyon özellikleri...28 2.4.2. Çözünme Özelliği...28 2.4.3. Viskozite Özelligi...29 2.4.4. Jelleşme Özelliği...29 2.4.5. Yapı (Tekstür) Oluşturma Özelliği...29 2.4.6. Ara Yüzey Özelliği...30 2.4.7. Hamur Oluşturma Özelliği...30 2.4.8. Emilsifiyan Özelliği...30 2.4.9. Köpürme Özelliği...30 2.4.10. Tat - Koku Bağlama Özelliği...31 2.5. Proteinlerin Kalitesi ve Sindirilebilirliği...31 2.6. Proteinlerin Vücuttaki Görevleri...32 2.7. Yiyecek Hazırlama ve Pişirmede Proteinlerin Fonksiyonları...33 2.8. Bazı Yiyeceklerde Protein Kaybına Neden Olan Pişirme İşlemleri...34 UYGULAMA FAALİYETİ...35 DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ...36 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME...37 i

MODÜL DEĞERLENDİRME...38 CEVAP ANAHTARLARI...39 KAYNAKÇA...40 ii

AÇIKLAMALAR KOD 541GI0008 ALAN Gıda Teknolojisi DAL/MESLEK Alan Ortak MODÜLÜN ADI Proteinlerin Özelikleri Bu modül proteinlerin ve aminoasitlerin yapısının, sınıflandırılmasının, fiziksel ve kimyasal özelliklerinin MODÜLÜN TANIMI verildiği, proteinlerin ve aminoasitlerin varlığını belirleme bilgi ve becerisinin kazandırıldığı bir öğrenme materyalidir. SÜRE 40 / 32 ÖN KOŞUL YETERLİK Örnek uygulamalarla proteinlerin özelliklerini incelemek. Genel Amaç Bu modül ile gerekli bilgileri alıp, uygun araç gereç ve ekipmanlar sağlandığında bilimsel yöntemlere uygun MODÜLÜN AMACI olarak proteinlerin özelliklerini inceleyebileceksiniz. Amaçlar 1. Aminoasitlerin özelliklerini inceleyebileceksiniz. EĞİTİM ÖĞRETİM ORTAMLARI VE DONANIMLARI ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME AÇIKLAMALAR 2. Proteinlerin özelliklerini inceleyebileceksiniz. Beher glas (50 ml),pipet, saf su, örnek (aminoasit), bunzen beki, duyarlı terazi, baget, tel kafes, ninhidrinin ve üç ayak araç, deney tüpü, yumurta, bakır sülfat, sodyun hidroksit Modülün içinde yer alan her öğrenme faaliyetlerinden sonra size verilen ölçme araçları ile kendinizi değerlendireceksiniz. Modül sonunda hazırlanacak ölçme aracıyla kazandığınız bilgi ve beceriler değerlendirilecektir. iii

iv

GİRİŞ GİRİŞ Sevgili öğrenci, İnsan, hayvan ve bitki hücrelerinin esas yapısı proteinlerdir. Büyüme, hücrelerin çoğalması demek olduğuna göre proteinler öncelikle büyüme için gereklidir. Vücudun bütün hücrelerinin büyük bir bölümü proteinlerden yapılmıştır ve bu hücreler sürekli olarak değişip yenilenmektedir. Proteinlerin enerji için kullanılması istenmez kendi görevlerini yapmaları istenir. Eğer vücut proteini yeterli alamazsa, yıkılan hücreler yenilenemez, yapım onarımişleri yapılamaz,büyüme gerçekleşmez. Gıdalarla alınan proteinler vücudumuzun hücrelerini oluşturan yapı malzemeleridir. Vücudun gereksinmesi olan aminoasitleri gıdalardaki bu büyük dev moleküllerden temin ederiz. Gıdaları oluşturan ve canlıda çeşitli biyolojik görevleri olan proteinler, dış etmenlerden kolayca etkilenerek, bilinen özelliklerini değiştirebilirler. Bu nedenle onların özelliklerini bilmek, onlardan daha fazla ve etkin yararlanabilmemizi kolaylaştıracaktır. Bu modül ile gıdalarda bulunan ve canlılar için çok önemli olan proteinleri özellikleri ile birlikte tanıyacaksınız ve gıda sektöründe proteinlerin fonksiyonlarını belirleyebileceksiniz. 1

2

ÖĞRENME FAALİYETİ 1 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYETİ 1 Bu faaliyette size verilen bilgi ve beceriler doğrultusunda uygun ortam sağlandığında proteinlerin oluşmasını, aminoasitleri belirleyip yapısını, sınıflandırımasını, fiziksel ve kimyasal özelliklerini bilimsel kurallar doğrultusunda açıklayabileceksiniz. ARAŞTIRMA Gıdaların yapısında bulunan önemli aminoasitlerin varlığını belirleme yöntemlerini araştırınız. Raporlarınızı arkadaşlarınızla paylaşınız. 1. PROTEİNLER Proteinler büyük moleküllü maddelerdir, molekül ağırlıkları birkaç bin ile milyonlar arasında değişir. Protein kelimesi eski Yunanca da ilk önce gelen, birinci sıradan anlamındaki proteois kelimesinden kaynaklanmıştır. Latincedeki karşılığı yaşayan varlıklar için elzem azotlu öğe dir. Proteinler temelde % 50-55 karbon, % 6-7 hidrojen, % 20-23 oksijen, % 12-19 azot ve %0.2-3.0 kükürt içeren ve yalnızca ribozomlarda sentezlenen bileşiklerdir. Bazı proteinlerde bunlardan başka P, Fe, Zn, Cu gibi elementler de bulunabilmektedir. Değişik proteinler, değişik sayı ve çeşitte aminoasit içerirler. Yapıyı oluşturan aminoasitler birbirlerine peptid bağlarıyla bağlandıklarından polipeptid yapısına sahiptir. Proteinler bir tek polipeptidden meydana geldikleri gibi birkaç polipeptidin bir araya gelmesiyle de oluşabilir. Her bir polipeptid zinciri ya da genel olarak protein, belli bir aminoasit sayısına, dizgilenmesine, belirli bir molekül ağırlığına, kimyasal içeriğe ve üç boyutlu bir yapıya sahiptir. Bazı proteinler aminoasitlerin yanı sıra karbonhidrat, lipid, mineral madde ve renk maddeleri (pigmentler) gibi diğer yapıtaşlarını da içerir. Her canlı kendine özgü proteinler taşımaktadır. Bu bakımdan bir canlıdaki protein o canlı için tekdir. Proteinlerin karbonhidrat ve lipitlerden ayrıcalıkları bu özellikten kaynaklanmaktadır. Örneğin; çok karmaşık bir yapıya sahip olsa da bütün canlılardaki karbonhidratların ve lipitlerin yapısı aynıdır. Bitkiler kendi proteinlerini kök ve yapraklardan emilen inorganik kaynaklardan (CO 2, su ve azot) sentezleme yeteneğine sahiptir. Bitkiler bu sentez olayında inorganik azot kaynaklarını kullanabildikleri halde, insan ve diğer yüksek hayvanlar kendi vücut proteinlerinin sentezini gerçekleştirebilmek için gerekli azot kaynağını diyetteki bitkisel ve hayvansal proteinlerden sağlamak zorundadırlar ( Şekil.1.1). Diğer taraftan havanın serbest azotunu yalnızca belirli bazı mikroorganizmalar tespit etme yeteneğine sahiptir. 3

Hayvan Hayvan aminoasitleri Toprak N N N N N N N top Şekil 1.1: Bitki ve hayvanda proteininin oluşumu Sonuç olarak, insan gereksinim duyduğu proteini bitkisel ve hayvansal gıdalardan sağlamakta ve bu kaynakların tüketimiyle insan vücuduna diğer proteinler, sindirim sonucu aminoasitlere kadar indirgenmektedir (Şekil 1.1). İnsan vücudu, bu aminoasitleri genlerin (DNA Deoksiribo nükleik asit) denetiminde, belirli bir diziliş sırasında birleştirerek kendine özgü proteinlerini elde ederek kullanmaktadır.. 1.1. Aminoasitler Proteinlerin temel yapı taşı aminoasitlerdir. Bugüne kadar belirlenmiş 20 aminoasit bulunmaktadır. Aminoasitler dallanmış yapıda hidrokarbon zincirleridir. Aminoasitler birbirlerine peptid bağlarıyla bağlanarak peptidleri oluşturur. Peptidler ise proteinleri meydana getirir. Proteinler kaynaklarına göre farklı aminoasitleri farklı miktarlarda içerirler. İnsan vücudunda yaklaşık 20 farklı aminoasit bulunmaktadır (Tablo 1. 1) veyetişkinlerde 8 çocuklarda 10 tanesi dışında organizma bunların hepsini sentezleyebilir (Şekil.1.2 ). Sentezlenemeyen 8 aminoasite elzem aminoasitler denir ve mutlaka gıdalarla dışardan alınarak karşılanmalıdır. Bu aminoasitler lizin, alanin, valin, lösin, izolösin, metionin, threonin, triptofan ve fenilalanin dir.çocuklarda bunlara ek olarak arjinin ve histidinni de sayabiliriz. 4

Tablo 1.1: Aminoasitler 5

1.1.1. Aminoasitlerin Yapısı Şekil 1.2: Elzem aminoasitler ve açık formülleri Aminoasit molekülleri, bir ucunda "amino grubu ( NH 2 ) " diğer ucunda ise "karboksil ( COOH )" grubu taşırlar. Aminoasitlerin yan yana gelip zincirler oluşturarak proteinleri sentezlemesi, bu iki grubun aralarında kovalent veya iyonik bağ yapmasıyla gerçekleşir. İki aminoasit yan yana geldiğinde COOH ve NH 2 grupları arasında bağlanma meydana gelir ve bu bağa "peptid bağı" adı verilir. Bağlanma sırasında ise bir su molekülü sebest kalır. İki aminoasidin yanlızca uç kısımlarını yani karboksil ve amino gruplarının bağlanması şu şekilde olur; 6

COOH + NH 2 <--------------------> CO -- NH + H 2 O (su) Denklemde COOH birinci aminoasidin bir ucu, NH 2 ise ikinci aminoasidin diğer ucunu temsil etmektedir. Bu uçlar yan yana geldiklerinde COOH grubundan bir oksijen ve NH 2 grubundan bir hidrojen serbest kalır. Böylelikle serbest kalan bu atomlar aralarında bağ yaparak suyu oluşturur. İki aminoasidin yan yana gelmesiyle oluşan peptid bağına "dipeptid", üç veya daha fazla (yüzlerce ya da binlerce) aminoasidin yan yana gelmesiyle oluşan zincirdeki peptid bağlarına ise "polipeptid" adı verilir. Proteinler düz aminoasit zincirlerinden meydana gelmesine rağmen oldukça karmaşık yapılara sahiptir. Bunun nedeni ise zincirdeki bazı aminoasitlerin birbirleriyle ikinci veya üçüncü bir bağ yapmasındandır. Aminoasitlerin net yük, çözünürlük, kimyasal reaktiflik, hidrojen bağlama gücü gibi bazı fizikokimyasal özellikleri R grubunun ( çeşitli aminoasitleri meydana getiren değişken grup)kimyasal doğasına bağlıdır. Genellikle proteinlerde büyüklük, şekil, yük, hidrojen bağlama yeteneği ve kimyasal etkileşimde farklı 20 çeşit yan zincir ( R grubu ) bulunur (Şekil 1.3 ). Proteinler aracılığı ile yürütülen işlevlerin çok olması genelde bu 20 yapı taşının yani aminoasidin farklı sayıda ve düzende sırlanmasındadır. 7

Şekil 1.3: Aminoasitler 1.1.2. Aminoasitlerin Sınıflandırılması Alkil kökünün ( R ), düz zincir ( alifatik ) veya halkalı ( aromatik ) yapıda oluşuna göre aşağıdaki gibi 2 sınıfta incelenirler. Düz zincirli ( alifatik ) amin asitler: Alkil kökü düz veya dallanmış karbon zincirinden meydana gelmiştir. Bunlar; glisin ( en basit aminoasit ), alanin, valin, lösin, izolösin, aspartik asit, glutamik asit, lizin, hidroksilizin, serin, treonin, sistein ve sistin,mitionin,arginindir. Halkalı ( aromatik ) aminoasitler: Karbon atomları halka oluşturacak biçimde bağ yapmıştır. Bunlar; fenilalanin, tirozin, pirolin, hidroksipirolin, histidin, triptofandır. Yine aminoasitler organizmada sentez edilip edilmediğine göre de 2 ye ayrılır. Dışardan alınan ( ekzojen ) aminoasitler: Elzem veya esansiyel amino asitler de denir. Vücudumuzda sentezi yapılamaz. Besin maddelerinde yeter miktarda vardır. Organizmadaki azot dengesinin devamı için bu aminoasitlerin besinlerle dışarıdan alınması şarttır. Elzem aminoasitlerin adlarının bir önceki konuda belirtildiğini hatırlayınız. 8

1.1.3. Aminoasitlerin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri İyonik özellikler (Dissosiyasyon, izoelektrik nokta) Aminoasitlerinin yapısında bulunan amino (-NH 2 ) ve karboksil (-COOH) grupları sulu çözeltilerinin asidik, bazik ya da amfoter karakter ( bileşiğin hem asit hem de baz özelliği taşıması yani asidik ortamda baz, bazik ortamda asit gibi davranması ) kazanmalarına neden olur. Çözeltinin amfoter özellik gösterdiği ph ya izoelektrik nokta denir ve her aminoasit için spesifik bir değerdir. Bu özelliğinden dolayı elektroforez denilen aletle kolayca birbirinden ayrılırlar ve miktarları da belirlenebilir. Çözünürlük Aminoasitler tuz benzeri yapıları nedeniyle kararlı, kristal yapıdadır ve genellikle suda çözünürler. Polar karakterleri nedeniyle alkollerdeki çözünürlükleri güç olup diğer organik çözücülerde de (eter vb) çözünememektedirler. Etil alkoldeki çözünürlük derecesi aminoasit çeşidine bağlı olarak değişmektedir. Aminoasitlerin alkoldeki çözünürlüğünün düşük olması, aminoasitlerin polar karakterlerinden kaynaklanmaktadır. Ortama asit ya da baz ilavesi ortamda tuz oluşumu sağlayarak çözünürlüğü artırmaktadır. Diğer aminoasitlerin ortamda bulunuşu da çözünürlüğü teşvik eder. UV absorbsiyonu Aminoasitlerin maksimum UV absorbsiyonunu ve floresans özelliğini farklı dalga boylarında gösterir. Proteinlerdeki yapısal değişimler, bu aminoasitler üzerinden gözlenen absorbans ve floresans değişimleri takip edilerek belirlenebilmektedir. Optik aktivite Glisin dışındaki tüm aminoasitlerin karbon atomu asimetriktir, yani dört farklı grup bağlanmıştır. Bu da optikçe aktif olmalarına neden olur. Bunlar polarize ışığın yönünü değiştirme yeteneğinde olan maddelerdir. Yön değiştirme sola veye sağa olabilir. Doğal aminoasitler L formunda bulunur ve D-aminoasitler atipik aminoasitlerdir (Şekil 1.4 ). Bazı bakterilerin hücre duvarları ile antibiyotiklerin yapısında bulunurlar. Polarize ışığı sağa çevirenler +, dekstrorotary, sola çevirenler -, levorotary olarak bilinirler. Doğal aminoasitlerin çoğu polarize ışığı sağa çevirir. D- amino asitlerin çoğunluğu ise vücut tarafından kullanılamaz. Bu nedenle de bunlara doğal olmayan aminoasitler de denir. 9

Şekil 1.4: Aminoasitlerde izomeri Aminoasitlerin renk reaksiyonları Aminoasitler ve yapılarında aminoasit bulunan proteinler kimyasal maddelerle renkli reaksiyonlar verir. Bu reaksiyonlardan yararlanarak aminoasitlerin ve proteinlerin kantitatif tayinleri yapılır. Ninhidrin aminoasitlerin tanınmasında kullanılan önemli bir maddedir. Aminoasitlerin ninhidrin ile kaynatılması ile mavi-menekşe renk oluşur.bu durum çalışılan örnekte amino asitin varlığını kanıtlar. 10

UYGULAMA FAALİYETİ UYGULAMA FAALİYETİ Aminoasitlerin Ninhidrinle Tepkimesinin İncelenmesi Beher glas (50 ml), saf su, örnek (aminoasit), bunzen beki, duyarlı terazi, baget, tel kafes, ninhidrinin ve üçayak İşlem Basamakları Çalışılacak örneği belirleyiniz. Ninhidrinin saf sudaki %1'lik çözeltisini hazırlayınız. 50 ml'iik beher alınız. İçerisine 20 ml saf su koyunuz. Örnekten { aminoasit) 18-20 g tartarak saf su bulunan behere ilave ediniz. Karışıma ninhidrinin sudaki %1'lik çözeltisinden yavaş yavaş 5 ml katınız. Birkaç dakika kaynatınız. Oluşacak renk değişimini gözleyiniz ve rapor haline getiriniz. Öneriler Araç gereçlerin ve analiz ortamının steril olmasına dikkat ediniz. Çözeltiyi dikkatli hazırlayınız. Ölçümlerde hassas olunuz ve saf aktarımını dikkatli yapınız. Karıştırmayı itina ile yapınız. Aktarıma dikkat ediniz. Süreye uyunuz ve kaynatma süresi ve şekline dikkat ediniz. Gözleminiz sonucu oluşan değişikliği nedenleri ile birlikte bir deftere kaydediniz. 11

DEĞERLENDİRME ÖLÇÜTLERİ Uygulama faaliyetlerinde yaptığımız çalışmayı kendiniz ya da arkadaşınızla değişerek değerlendiriniz. Değerlendirme Ölçütleri Evet Hayır Araç gereçleri, analiz ortamını ve çözeltiyi hazırladınız mı? Ninhidrinin saf sudaki %1'lik çözeltisini neden hazırladığınızı açıklayabiliyor musunuz? Kaynatmadaki amacın ne olduğunu açıklayabiliyor musunuz? Renk değişikliğini gözlemleyerek oluşan bu renk değişikliğinin nedenini açıklayabiliyor musunuz? İşi size verilen zamanda tamamladınız mı? DEĞERLENDİRME Yapılan değerlendirme sonunda hayır şeklindeki cevaplarınızı bir daha gözden geçiriniz. Kendinizi yeterli görmüyorsanız öğrenme faaliyetini tekrar ediniz. Cevaplarınızın tamamı evet ise bir sonraki faaliyete geçiniz. 12

ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME A. ÖLÇME SORULARI Aşağıda verilen sorulardaki boş brakılan noktalı yerlere uygun olanı yerleştiriniz. 1. Proteinlerin temel yapı taşı dir. A)Hormonlar B)Laktikasitler C)Nükleikasitler D) Aminoasitler E)Tartarikasit 2. Aminoasit molekülleri, bir ucunda.. diğer ucunda ise.. grubu taşır. A) Amino grubu- karboksil B) Amino grubu- Oksijen C)Karboksil-Hidrojen D)Aminoasit-Dipeptid E)Oksijen-Hidrojen 3... dışındaki tüm aminoasitlerin karbon atomu asimetriktir. A) İzolösin B) Glisin C) lisin D) Alanin E) Valin 4. Aşağıdalilerde hangisi elzem aminoasit değildir? A) Valin B) Lösin C) Triptofan D) Lizin E) Glisin 5. Aminoasitlerin alkoldeki çözünürlüğünün düşük olması, aminoasitlerin hangi karakterlerinden kaynaklanmaktadır? A ) Apolar B) Polar C) Bipolar D) Çapraz disülfit bağları E) Hidrofilik Aşağıdaki soruları doğru (D) veya yanlış (Y) olarak değerlendiriniz. ( ) 6. Protein sentezi açısından bir bireyin gereksinim duyduğu aminoasitler 5 grupta incelenir. ( ) 7. Doğal aminoasitlerin çoğu polarize ışığı sağa ve sola çevirir. ( ) 8. Bitkiler kök ve yapraklarıyla sağladıkları inorganik bileşiklerden kendilerine özgü proteinleri sentezleyemezken hayvansal organizmalar bunu gerçekleştirir. 13

( ) 9. Aminoasitler amfoter özellik gösteren maddelerdir. ( ) 10. İki aminoasit yan yana geldiğinde COOH ve NH 2 grupları arasında bağlanma meydana gelir ve bu bağa "peptid bağı" adı verilir. DEĞERLENDİRME Cevaplarınızı cevap anahtarıyla karşılaştırınız. Yanlış cevap verdiğiniz ya da cevap verirken tereddüt ettiğiniz sorularla ilgili konuları faaliyete geri dönerek tekrarlayınız. Verdiğiniz cevaplarınız doğru ise bir sonraki faaliyete geçiniz. 14

ÖĞRENME FAALİYETİ 2 AMAÇ ÖĞRENME FAALİYET 2 Bu faaliyette verilen bilgi ve beceriler doğrultusunda uygun ortam sağlandığında proteinlerin yapısını, sınıflandırılmasını, vücuttaki görevlerini, işlevsel, fiziksel ve kimyasal özelliklerini, kalitesini sindirilebilirliğini yiyecek hazırlama ve pişirmedeki fonksiyonlarını öğrenecek, bilimsel kurallar doğrultusunda proteinlerin varlığını tespit edeceksiniz. ARAŞTIRMA Proteinlerde denatürasyon etkenlerini ve proteinlerin üretim sürecinde uğradığı değişiklikleri araştırınız. Raporlarınızı arkadaşlarınızla paylaşınız. 2. PROTEİNLERİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ 2.1. Proteinlerin Yapısı Bir aminoasidin karboksil grubu (-COOH) başka bir aminoasidin amino grubuyla (-NH 2 ) bir mol su açığa çıkararak birleşir ve peptid zinciri oluşturur (Şekil 2.1). Peptidler peptid zincirinde yer alan aminoasit sayısına göre mono, di, tri gibi ön ekler verilerek isimlendirilirler. Genel bir kural olarak yapısında 10 kadar aminoasit içeren peptid zincirleri oligopeptid, daha uzun zincirli peptidler ise polipeptid olarak adlandırılır ( Şekil 2.2 ). R O H R R O H R NH 2 - C- C- +N- C- COOH H 2 O+NH 2 -C C-N C-COOH H OH H H H H Şekil 2.1:Peptid bağı Pepti bağı 15

Proteinlerin Yapı Dereceleri Aminoasit Molekül Sayısı Dipeptidler 2 Tripeptidler 3 Tetrapeptidler 4 Oligopeptidler 5-10 Polipeptidler 11-100 Makropeptidler(pentonlar) 100 ün üzerinde Şekil 2.2: Proteinlerin yapı dereceleri ve aminoasit molekül sayısı Proteinlerin pek çoğu tek bir polipeptid zincirinden oluşur (myoglobin). Bazıları ise birbirlerinin aynı ya da farklı olan iki veya daha fazla polipeptidlerden meydana gelebilir. Her proteinin karakteristik üç boyutlu doğal bir yapısı vardır. Üç boyutlu yapısı bozulmuş (denatüre olmuş ) bir protein biyolojik etkinliğini de kaybeder. Proteinlerin karakteristik üç boyutlu yapılarını oluşumundan primer, sekonder, tersiyer ve kuarterner olarak adlandırılan yapılar sorumludur. Primer yapı her proteinde yer almakta, buna karşılık bazı proteinler sekonder yapıda bazıları ise tersiyer veya kuarterner yapıda kendilerine özgü üç boyutlu yapılarına kavuşmaktadır. 2.1.1. Primer Yapı (Birincil Yapı ) Bir protein molekülünü oluşturan polipeptid zinciri veya zincirlerindeki aminoasit sıralanışı proteinlerin primer yapısını oluşturur. Daha önce de belirtildiği gibi aminoasitler peptid bağlarıyla birleşerek polipeptidleri oluşturur. Primer yapı proteinlerin üç boyutlu yapısına bir geçiş teşkil eder ve fonsiyonel değildir ( Şekil 2.3 ). Şekil 2.3: Primer protein yapısı 2.1.2. Sekonder Yapı( İkincil Yapı ) Peptid zinciri üzerinde belirli bölgeler yan zincirlerle ve/veya kendi üzerine katlanarak bağlar oluşturur. Polipeptid zincirindeki bu katlanmalar periyodik olarak tüm zincir boyunca yinelenir. İki elektronegatif atom arasındaki hidrojen bağı polipeptid zincirinde heliksel yapı oluşmasına neden olur. Sekonder proteinler heliksel yapıda ya da plakalı yapıda olabilir. Bu yapılara kararlılık kazandıran aynı polipeptid zinciri üzerinde kurulan H köprüleridir ve en stabil yapı göstereni α-heliks proteinlerdir. α-heliks proteinlerin çoğunda heliksin bir yüzü 16

hidrofobik ( su sevmeyen ) iken diğer yüzü ve yan zincirler hidrofilik (su seven ) kalıntılarla bağlanmıştır. Plakalı protein yapısı heliksel yapıdan farklı olarak pili benzeri yapı oluşturacak şekilde katlanmalar gösterir. Plakalı yapılarda hidrojen köprüleri farklı polipeptid zincirleri arasında kurulur ( Şekil 2.4 ) ve ( Şekil 2. 5 ). Şekil 2.4: Sekonder proteinlerde plakalı yapısı İki paralel polipeptid zinciri sekonder yapı oluşturduğunda zincirlerin birbirine yaklaştığı yerlerde kükürtlü aminoasitlerin aracılığıyla disülfit bağları oluşur. Kovalent yapıdaki bu bağlar son derece kararlıdır. Bu nedenle yapıya kararlılık kazandırır ve sekonder yapı denatürasyon koşullarında parçalanmaz. Şekil 2.5: Plaka yapısını detaylı görünümü 17

2.1.3. Tersiyer Yapı ( Üçüncül yapı ) Protein molekülünün yuvarlak veya elipsoid bir şekil alabilmesi için ikinci yapıyı meydana getiren dizilişlerin üst üste katlanması veya yumak şeklinde sarılması gerekmektedir. Bu ise yan zincirlerin reaksiyona girmesi ile mümkün olur. Helezon yapısı veya düz tabaka yapısı dışında kalan zincirlere ait gruplar veya atomların meydan getirdikleri çeşitli bağlar ve güçler protein molekülünün içerisinde pek az boşluk bırakan sıkı ve belirli bir şekil almasını sağlar ( Şekil 2.6 ) ve tersiyer yapıyı oluşturur. Şekil 2.6: Proteinlerde tersiyer yapı Tersiyer yapı genellikle globüler proteinlerde görülür ve bu proteinler tersiyer yapılarıyla üç boyutlu şekillerine kavuşurlar. Bu yapıda doğrusal yapının katlanması yolu ile katlı üçüncül yapıya ulaşılarak yüzeyler arası mesafe kısalmaktadır. 2.1.4. Kuarterner Yapı (Dördüncül Yapı) Birden fazla polipeptid zinciri (alt birimi ) içeren proteinlerde polipeptid zincirleri tersiyer yapıyı oluşturan aynı bağ tipleriyle birbirleriyle salkımlar, topluluklar yaparak birleşir ve kuarterner yapıyı oluşturur. Hemoglobinin yapısında her biri myoglobine benzer dört protein monomeri (alt birimi) birbirine kuarterner yapıyı oluşturmak üzere çok sıkı bir şekilde bağlanmışlardır ( Şekil.2.7 ). 18

2.2. Proteinlerin Sınıflandırılması Şekil 2.7:Proteinlerin kuarterner yapısı Proteinlerin Sınıflandırılması Yapısına göre Kimyasal kompozisyonuna göre İşlevsel özelliklerine göre -Fibröz proteinler -Globüler proteinler Basit proteinler Bileşik proteinler - Albuminler - Fosfoproteinler - Globulinler - Lipoproteinler - Glutelinler - Proteolipidler - Prolaminler - Glikoproteinler - Histonlar - Nükloproteinler - Kollagenler - Kromoproteinler - Keratin vb. - Metalproteinler Çizelge 2.1:Proteinlerin Sınıflandırılması 19

2.2.1. Yapısına Göre Proteinler Proteinler konfigürasyon tipine göre; fibröz ve globüler olmak üzere ikiye ayrılır. Fibröz proteinler Suda çözünmezler. Bir eksen boyunca uzanmış bir polipepetid ya da birbirine paralel olarak yerleşmiş polipeptid zincirlerinden ibaret çubuk şekilli proteinlerdir. Globüler proteinler Büyük bir kısmı sulu sistemler de çözünebilir. Bunlar toplu halde ve hemen hemen yuvarlak bir yapıdadır. Enzimler, hormonlar vb. proteinler globüler karakterdedir(şekil 2.8 ). Tek zincir Oligomerik Şekil 2.8: Globüler proteinler 2.2.2. Kimyasal Kompozisyonlarına Göre Proteinler Proteinler kimyasal kompozisyonlarına göre basit ve bileşik proteinler olarak ikiye ayrılabilirler. Burada çözünürlük özelliği sınıflamada temel olarak görev üstlenmektedir. 2.2.2.1. Basit Proteinler Hidrolize olduklarında yalnızca aminoasitleri ve türevlerini Başlıca basit proteinler şunlardır: veren proteinlerdir. Albuminler Suda çözünürler. Çoğunlukla globulinlerle birlikte bulunurlar. Globulinlerden farkı suyun yanı sıra seyreltik asitlerle de çözünebilmesi ve amonyum sülfat ile doyurulduğunda çökelme özelliği göstermesidir.yüksek sıcaklıklarda koagüle olurlar (pıhtılaşırlar). Glisin içermezler ancak kükürtçe zengindirler. İçinde bulundukları çözelti (NH 4 ) 2 SO 4 (amonyum sülfat) ile doyurulduğunda çökerler. Albuminler hayvanlar ve bitkiler de bulunmakta ve değişik isimlerle anılmaktadır. Serum albumini kan serumunda, laktoalbumin sütte, 20

ovoalbumin yumurta akında, legümelin mercimekte, löykozin buğdayda, bir hormon olan insülin ise pankreas salgısında bulunan albuminlerdir. Globulinler Saf suda çözünmezler. Buna karşılık seyreltik (NH 4 ) 2 SO 4 ve diğer nötral tuz çözeltilerinde çözünme eğilimindedirler. Bazı globulinler, seyreltik nötral tuz çözeltilerine su eklenmesi veya çözeltinin asitlendirilmesi ya da CO 2 ile muamelesi sonucunda çökelirler. Globulinler (NH 4 ) 2 SO 4 ile yarı yarıya doyurulduklarında çökelirler. Bu özellikten yaralanılarak, globulinler aynı ortamda bulunan albuminlerden kolayca ayrılabilmektedir. 60-70 ºC arasındaki sıcaklıklarda koagüle olurlar. Bitkilerde depo protein olarak önemli fonksiyonları vardır. Hayvansal kaynaklarlarda da sık olarak rastlanan bir protein tipidir. Zayıf bir asit karakter gösterir. Bu özellik yapılarındaki monoamino dikarboksilik aminoasitlerden kaynaklanmaktadır. İzoelektrik ph noktaları 5-6 dır. Ovoglobulin yumurta sarısında, fasolin beyaz fasulyede, legümin mercimekte, edestin buğdayda, avenalin yulafta, laktoglobulin ise sütte bulunan globulinlerdir. Glutelinler Bitkisel proteinlerdir ve gliadinlerle birlikte tahıllarda yer alırlar. Su ve tuz çözeltilerinde çözünmezler. Yüksek sıcaklıklarda koagüle olurlar. Hububatlardan seyreltik asitler veya bazlardan yararlanılarak ekstrakte edilebilirler. Bunu yanı sıra, çok az miktardaki (NH 4 ) 2 SO 4 ile hazırlanmış alkali ekstraklarından tuz halinde de ayrılabilirler. Gliadinlerin aksine lizin ve triptofan içerirler. Bu nedenle de tamamlayıcısı durumundadırlar ve birlikte ekmek kalitesini olumlu yönde etkilerler. Glutenin buğdayda, hordenin arpada, orizenin pirinçte, zeanin mısırda, avenin yulafta, sekalinin çavdardaki gluteninlerdir. Prolaminler (gliadinler, alkolde çözünen proteinler, taneli bitki globulinleri) Bir grup bitkisel globulinlerdir. Tahıllardan yalnız pirinçte bulunmaz. Genellikle tohumlarda bulunan bitkisel proteinlerdir. Saf alkolde ve suda çözünmezler. Ancak unlardan %50-90 lık alkolden yararlanılarak ekstrakte edilebilirler. Bol miktarda prolin içerirler ve asit hidrolizinde amonyak oluştururlar. Bu nedenlerle prolaminler olarak adlandırılmaktadırlar. Bol miktarda glutamik asit içerirler. Yapılarında lizin yoktur, bunun ancak arjinin ve histidin içeriğinin çok az oluşu bu proteinlerin düşük bir biyolojik değere sahip olmasına neden olmaktadır. Çölyak (coeliac) hastalığı gliadine karşı gelişen intoleranstan kaynaklanmaktadır. Gliadini uzaklaştırılmış ürün oluşturulması hastalığın tedavisinde önem kazanmaktadır. Buğdaydaki glutenin ile birlikte gluten kompleksine katılırlar ve bu durum ekmek kalitesini belirler. Zein mısırda, gliadin buğdayda, hordein arpada, sekalin çavdarda, orizin pirinçte, kafirin darıda bulunan prolaminlerdir. 21

Protaminler (büyük peptidler) En basit proteinlerdir (yapısında 14-20 peptid bağı vardır). Kuvvetli baziktirler. Hidrolize olduklarında bazik aminoasitleri özellikle arjinin, histidin ve ornitini verirler. Arjinin baskın hidroliz ürünüdür. Kükürtlü ( sistin ve sistein ) aminoasitleri içermezler. Pepsin dışındaki diğer birçok sindirim enzimleriyle hidrolize olurlar. Su, seyreltik amonyak, asit ve baz çözeltilerinde çözünürler. Yüksek sıcaklıklarda koagüle olmazlar. Bu proteinler yalnız bazı balık cinslerinde bulunur. Histonlar Yapılarında bazik aminoasitler yoktur, suda ve çok seyreltilmiş asitlerde çözünürler. Isı ile koagüle olmazlar. Kollajenler Gıda sanayinde jelatin yapımı için önemlidirler. Suda çözünmezler. Sindirim enzimlerinden etkilenmezler. Bağ doku, kemik, kıkırdak vb yerlerde bulunurlar. Kaynar suda veya seyreltik asit ve alkaliler de kaynatılırsa suda kolayca çözünen jelatin elde edilir. Keratin, fibrin, miyosin, elastin ve epidermin Bu proteinler suda çözünmez veya çok zayıf bir çözünürlük gösterir. Aynı şekilde asitler ve bazlar da çözünme özellikleri zayıftır. Seyreltik asitlerle ısıtılsa dahi çok yavaş çözünür ve jelatin oluşumuna neden olmaz. Keratinler çok miktarda sistin içerir (%17 den fazla). Özellikleri kollajenlere benzer ve saç, tırnak, yün, boynuz ve tüylerin yapıtaşıdır. Fibrin, kan serumunda bulunan ve kan pıhtılaşmasında etken olan bir fibröz proteindir. Miyosin kas hücresi içinde bulunur ve sindirimi kolay bir proteindir. Elastin bir çeşit kollajendir ve elastik bağ dokusunda bulunur. Kaynatma sonucunda jelatine dönüşmez. Epirdemin ise deride bulunan bir fibröz proteindir. 2.2.2.2. Bileşik Proteinler (Konjuge Proteinler, Proteidler, Heteroproteinler) Basit protein ve buna zayıf veya çok sağlam bir şekilde bağlanmış protein olmayan bazı maddelerden kurulmuşlardır. Hidroliz edildiklerinde aminoasitlere ek olarak bileşik proteinin cinsine göre nükleik asit, karbonhidrat, fosforik asit ve lipit gibi maddeler verir. Başlıca bileşik proteinler şunlardır; Fosfoproteinler Prostetik grubu fosforik asit olan proteinlerdir. Fosforik asit içeriği proteine asit karakter verir. Fosfoproteinler seyreltik alkaliler ile amonyakta çözünür ve tuz oluşturur. Asitleştirme sonucunda çökelir. Suda hemen hemen hiç çözünmez. Fosfoproteinlere en iyi örnek süt proteini olan kazeindir. Kazein nötral koşullarda ısıtıldığında koagüle olmaz ancak sütün asitleştirilmesiyle birlikte koagülasyon görülür. Rennet koagülasyonunda kalsiyum kazeinat çözünmez özellikteki parakazein ile çözünür karakterdeki makropeptidlere 22

dönüşür. Ovaviletin, yumurta sarısındaki fosfoproteindir ve yumurta sarısında lesitin ile birlikte bulunur. Bu protein yumurtanın fosfor içeren önemli bir yedek maddesini oluşturur. Lesitin ile yapmış olduğu kompleks ancak denatürasyon koşulları oluştuğunda birbirinden ayrılır. Lipoproteinler Lipoproteinler lipit-protein kompleksleridir. Proteinleri çözünme özelliklerine sahiptirler. Lipoproteinler hücre zarında, yumurta sarısında ve kanda bulunur. Proteolipidler Proteolipidler, lipit-protein kompleksleridirler. Lipidlerin çözünürlük özelliklerine sahiptirler. Miyelin sinir hücresinde, lipovitelenin ise yumurta sarısında bulunan bir proteolipittir. Glikoproteinler ve mukoproteinler (mukoidler) Basit proteinlerle karbonhidratların yaptığı şekerleri verir. komplekslerdir.hidroliz sonucu amino Glikoproteinler deride, kıkırdakta, kemiklerde, bağ dokuda, yumurta akında, kan serumunda, idrarda, tükürükte, mide sıvısında, gözde, vb. yerlerde bulunur. Ayrıca bakterilerin hücre duvarında da yer almaktadır. Mukoproteinler genellikle mukoz (yapışkan) yapıdadır ve daha çok ağız, burun, nefes borusu ve mide gibi organların mukoz membranları ve sıvılarında bulunurlar. Nükleoproteinler Nükleik asitlerle (DNA veya RNA) bazik asit proteinlerin (protaminler veya histonlar) yaptıkları tuzlardır. Bunlar prostetik grubu nükleik asit olan bileşik proteinledir. Önemli miktarda fosfat içerdiklerinden asidiktir.hücre çekirdeğinin temel elemanıdır. Kromoproteinler Kromoproteinler prostetik grubu düşük molekül ağılıklı pigment veya pigment benzeri maddelerdir ve prostetik gruplar çoğu kez bir metal (Fe, Mg) içerir. Örnek olarak; hemoglobin (Kanın prostetik grubu kandır.bunun çekirdek kısmında Fe yer alır), bitkilerdeki kloroplastin (prostetik grubu klorofildir ve çekirdek kısmında Mg yer alır) myoglobin (kas pigmenti ), sitokromlar, sitokrom oksidazlar, katalaz ve peroksidaz gösterilebilir.flavoproteinler prostetik grup olarak riboflavin içeren bir protein grubudur. 23

Metalproteinler Prostetik grup olarak metal bağlanmış proteinlerdir. Metalloproteinlere tirosinaz (bakır) ve ksantinoksidaz (molibden) enzimleri örnek gösterilebilir. 2.2.3. İşlevsel Özelliklerine Göre Proteinler Fonksiyonlarına göre proteinler; enzimler, yapısal proteinler, kontraktil proteinler (myosin, aktin, tubulin), hormonlar (insulin, büyüme hormonları), transfer proteinleri (serum albumini, transferin, hemoglobin), antikorlar (immünoglobulinler), depo proteinleri (yumurta albumini, tohum proteinleri) ve koruyucu proteinler (toksinler, alerjenler) şeklinde de sınıflandırılabilir. 2.3. Proteinlerin Bazı Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri 2.3.1. Proteinlerin Molekül Ağırlıkları Proteinler yüksek molekül ağırlıklarına sahip bileşiklerdir. Proteinlerin molekül ağırlıkları çeşidine göre değişmektedir. Proteinler, sahip oldukları moleküler yapının büyüklüğü nedeniyle kolloidal özellik gösterir. Proteinlerin molekül ağırlıklarının belirlenmesinde çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bunlardan en önemlisi ultrasantrifüj yöntemidir. 2.3.1. Proteinlerin İyonlaşma Özelliği İyonlaşabilen fonksiyonel grupların pek çoğu yan zincirlerden kaynaklanmaktadır. Proteinin kendine özgü bir izoelektrik ph noktası vardır. Bu noktada proteindeki pozitif ve negatif yüklerin toplamı kesinlikle birbirine eşittir ve net yük sıfır, toplam yük ise maksimumdur. Toplam yük proteindeki bütün pozitif ve negatif yüklerin toplamı, net yük ise pozitif ve negatif yüklerin farkıdır. Ortam ph nın düşmesi veya yükselmesi, net yükü maksimuma doğru artırma eğiliminde iken toplam yük daima izoelektrik noktadan daha düşük olur. Proteinler iyonlaşmada yalnızca proton alıp vermemekte, diğer iyonlar da bu yönde reaksiyona girmektedir. Bu nedenle de proteinlerin birbirlerinden farklı birer izoelektrik nokta ve izoiyonik noktaları bulunmaktadır. İzoiyonik nokta; H+ ve OHˉ dışında hiçbir iyon bulunmayacak derecede sonsuz dilüsyonu ( seyreltme ) yapılmış protein çözeltisinin ph sı olarak da tanımlanmaktadır. Bu durumdaki proteinlerin çözünürlüğü izoelektrik noktada en düşük düzeydedir ve proteinler bu noktada çözelti içinde çökme eğilimindedir ( izoelektrik noktada çökelme ). 24

2.3.3. Proteinlerin Çözünürlük Özelliği Proteinlerin çözündüğü ortamlar genellikle su, gliserol, dietilformamit, dimetilformamit veya formik asit gibi kuvvetli polar çözücülerdir. Çözünürlük protein yapısındaki hidrolik (polar) ve hidrofobik (apolar) gruplara bağlı olarak değişmektedir. Prolaminler gibi sınırlı sayıdaki bazı proteinler düşük düzeyde polar olan etil alkol gibi çözücülerde çözünebilmektedir. Proteinlerin çözünürlük karakteristiklerini etkileyen başlıca interaksiyonlar (etkileşimler) hidrofobik ve iyonik yapılardır. Bunun bir sonucu olarak hidrofobik interaksiyon protein-protein etkileşimini oluşturur ve sonuçta çözünürlüğün azalmasına yol açar. Buna karşın iyonik interaksiyon protein-çözücü etkileşimini sağlayarak sonuçta çözünürlüğün artmasına yol açar. Proteinlerin sudaki çözünürlüğü ph ve tuz konsantrasyonuna bağlı olarak değişebilmektedir. Amonyum sülfat gibi nötral tuzlar protein çözünürlüğü üzerinde iki farklı etkiye sahiptir. Bu tuzlar düşük konsantrasyonlarda elektrostatik protein-protein etkileşimini (bağlama gücünü) önleyerek, proteinin çözünürlüğünü artırmaktadır (salting-in etkisi). Buna karşılık yüksek nötral tuz konsantrasyonlarında, tuzdaki iyonların hidrasyon eğilimi nedeniyle protein çözünürlüğü azalmaktadır (salting-out etkisi). Proteinlerin çözünürlük karakteristiklerini etkileyen başlıca interaksiyonlar hidrofobik ve iyonik yapılardır. Bunun bir sonucu olarak hidrofobik interaksiyon protein-protein etkileşimini oluşturur ve çözünürlüğün azalmasına yol açar. Buna karşın iyonik interaksiyon protein-çözücü etkileşimini sağlayarak çözünürlüğün artmasına yol açar. Proteinler polar bileşiklerdir ve bu nedenle de su içinde hidrate olur. Hidrasyon derecesi (g hidrasyon suyu/g protein) proteinden proteine göre değişmektedir. Çözünürlük özelliği göstermeyen proteinlerin şişmesi, çözücü proteinlerin hidrasyonuna karşılık gelir. Bunun bir sonucu olarak peptid zincirleri arasına su molekülleri girerek hacmin artmasına ve diğer bazı fiziksel özellikler de değişimlere yol açar. Şişme sırasında alınan su, proteinin kuru ağırlığının birkaç kat artmasına neden olur. Proteinlerin çözünürlüğü üzerine çözücünün ph sı, iyonik kuvvet, sıcaklık ve organik çözücünün varlığı gibi faktörler de etkilidir. Proteinlerin Çökelme Özellikleri Proteinler bir çözücü içinde yük ve protein-çözücü etkileşimi tarafından kararlı bir durumda tutulur. Bu kararlı durum proteinin yapısında bulunan aminoasitlerin ve çözücü sistemin özelliklerine göre değişir. Kararlı durumu oluşturan etkenlerden biri ortadan kalkarsa protein bazen çökelir, ikisi de ortadan kalkarsa protein daima çökelir. Proteinlerin izoelektrik noktada (ph) çöktürülmesi Proteinler aminoasitler gibi amfolit karakterdedir. Asit çözeltilerde karışık katyonlar halinde bulunur. 25

Proteinlerde aminoasitler gibi izoelektrik noktalarında çok düşük çözünürlük özelliği gösterir. Proteinin izoelektrik nokta ph ında, yüksüz olup elektriksel bir alanda kutuplara hareket edemez durumdadır. Sütte yer alan kazein gibi bazı proteinler, çözelti ph ının bu proteinin izoelektrik noktasına girilmesiyle kolayca çökeltilir. Bu özellikten süt endüstrisinde fermente süt ürünlerinin elde edilmesinde yararlanılmaktadır. Diğer taraftan protein çözeltileri çok iyi tampon özelliği gösterdiklerinden gıda endüstrisinde bu alanda da yararlanılmaktadır. Ağır metal ve tuzları ile çöktürme Hg +2, Pb +2, Cu +2,Ag +, Au +, Pb +4 gibi pozitif ağır metal iyonları ve bunların tuzları (HgCl 2, kurşun asetat vb) bazik koşullarda proteinleri çökeltirler. Bu iyonlar, proteinlerdeki - SH ( sülfidril ) grupları ile sülfitleri oluşturduklarından proteinlerin denatürasyonuna neden olur. Asit ile çöktürme Hidroklorik, sülfirik, nitrik ve asetik asit gibi asitler, sulu çözelti halinde proteinleri çöktürürler. Çöktürme işlemi, ısıl işlemlerle daha da hızlandırılabilir. Bu tip çöktürme, ph daki hızlı değişim nedeniyle proteinlerin denatürasyonu ile sonuçlanır. Konsantre asitler kullanıldığında tam bir denatürasyon görülür. Nötral tuzlarla çöktürme Sulu protein çözeltilerine amonyum sülfat, sodyum sülfat veya alkali fosfat karışımları gibi nötral tuzların eklenmesi sonucu proteinler çökelir. Yüksek tuz konsantrasyonu protein molekulünün etrafındaki su moleküllerine etki ederek çözünürlükten sorumlu elektrostatik güçleri değiştirir. Tuz ile çöktürme ortamın ph ve tuz konsantrasyonundan önemli derecede etkilenir. Çökelme en etkin birimde proteinin izoelektrik noktasında gerçekleşir. Proteinlerin nötral tuzlarla çöktürülmesi denatürasyona neden olmaz. Organik çözücülerle çöktürme Sulu protein çözeltilerine etil alkol ve aseton gibi bazı organik çözücülerin eklenmesi proteinleri çökeltir Çökelme, proteinin izoelektrik noktasında çok kolay olur. Organik çözücülerle çöktürme de genellikle denatürasyon görülmez. Ancak çöktürmenin 0 C'de yapılması önerilmektedir. 2.3.5. Protein Denatürasyonu ve Koagülasyonu Proteinlerin sekonder ve tersiyer yapısını oluşturan bağlar bazı koşullarda parçalanarak üç boyutlu yapının bozulmasına neden olur. Denatürasyon sırasında kovalent bağlar korunur. Ancak disülfit bağları kırılarak çok sayıda sülfidril grubu açığa çıkarır. Yani molekül yumak şeklini koruyamayıp açılmaya, düz şekil alamaya başlar. Bu durum ise denatürasyon olarak tanımlanır. Proteinlerin denatürasyonunu tetikleyen etmenler ısıl 26

işlemler, radyasyon, çeşitli kimyasallar, asidik, bazik çözeltiler, konsantre tuz çözeltileridir. Denatüre proteinler bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerini kaybederler. Ancak peptid bağlarına hala sahip olup besin değerini kaybetmez. Denatürasyon olayı proteinlere has ve proteinlere farklı derecelerde etkili olan bir olaydır. Dondurulmuş gıdaların çoğunda proteinler kısmen denatüre olur ve dengeleri bozulur. Balık proteinlerinde dondurulduktan sonra balık etinin daha sert,lastiğimsi ve susuz olması gibi sonuçlar ortaya çıkar. Süt kazeini ise dondurularak saklanan sütlerde kısmen denatüre olarak daha dengesiz hale gelir. Protein denatürasyonu sonucunda; Proteazların protein yapısı üzerine etkisi azalır, Viskozite artar, Çözünürlük azalır, Enzimler ve toksinler aktivitelerini kaybederler, Su bağlama kapasitesi azalır, Rotasyon ve difüzyon stabilitesi değişir, Protein kristalizasyonu önlenir. Disülfit bağlarının kırıldığı ve konformasyon değişikliklerinin olduğu denatürasyonlar tersinmezdir. Proteinler kuru ortamlarda ısıl denatürasyona daha dirençlidir. Ortamda suyun bulunması denatürasyonu kolaylaştırır ve sıcaklıktaki her 10 C lik artış denatürasyon hızını iki katına çıkarır. Bazı proteinler soğuk uygulamalarında aktivitelerini kaybeder. Parçalama, yoğurma, çırpma gibi mekanik işlemlerde proteinler hava-sıvı yüzeyi arasına hapsolur ve buradaki enerji kitle fazın enerjisinden fazla olması proteinlerde konformasyonel değişime neden olur. Esnek olan proteinler diğerlerine göre daha kolay denatüre olur. Proteinlerin çözünemez duruma gelmesine neden olan değişiklikler ise koagülasyon olarak adlandırılır. Denatürasyonla, parçalanan peptid zincirleri arasındaki H bağları ve S- S- bağlarının SH gruplarına dönüşmesi ile ileri aşamalara gelmiş ise proteinin yapı ve özelliklerinin değişmesi geri çevrilemez durumdadır. Protein yapıları iyice açılır,yan zincirler bir araya toplanır ve büyüyen protein çöker. Örneğin, yumurta veya hamur pişirilince koagülasyon olayı gerçekleşir ve bu olay geri dönüşümsüzdür. 2.4. Proteinlerin İşlevsel Özelikleri Bir gıdanın tüketici açısından önem taşıyan işlevsel özelliği, gıdanın enerji besin ögesi değerinin dışındaki diğer yararlılıklarına yönelik niteliklerinin tümüdür. Bunlar sırasıyla yapı tat-koku, renk ve görünüştür. Bu işlevsel özelliklerin büyük bir bölümü duyusal özelliklere, bir kısmı da fiziksel yapıya yönelik olup bunların tümü gıda hazırlama, üretim ve depolama sonuçlarını göstermektedir. Bu özellikler üzerine proteinlerin taşıdıkları fizikokimyasal nitelikler etkili olup gıdalara bazı arzu edilen özelliklerin kazandırımasını sağlarlar. Örneğin; fırıncılık ürünlerinin taşıdıkları bazı duyusal özellikler buğday 27

gluteninin hamur oluşumundaki etkisi ve viskoelastik karakteri ile ilgilidir. Etin körpe ve sulu yapısı büyük ölçüde kastaki aktin miyosin ve aktomiyosin gibi suda çözünür proteinlerden kaynaklanmaktadır. Bazı süt ürünlerinin gösterdiği yapı ve pıhtı oluşturma özelliği kazein misellerinin kolloidal karakteristiği ile ilgilidir. Proteinlerin işlevsel özelliklerini ortaya çıkaran faktörler onların taşıdığı bazı fiziksel, kimyasal ve fizikokimyasal yapılarından kaynaklanır. Bunlar sırasıyla proteinlerin boyutlari, şekilleri, aminoasit kompozisyonu ve dizilimi, net yük ve elektrik yükü dağılımı, hidrofobite/hidrofilite oranı, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapı, moleküllerin esneklik/sertlik durumu ve diğer moleküllerle interaksiyon yeteneği gibi noktalardır. Ancak her bir özelliğin, her bir işlevsel özellikteki yerini tayin etmek oldukça güçtür. 2.4.1. Hidrasyon özellikleri Bilindiği gibi sulu çözeltide yer alan bir proteinin bireysel dizilimi büyük ölçüde su ile olan interaksiyonuna bağlıdır. Su molekülleri protein yapısındaki ceşitli grupları bağlayabilir. Su proteinlerin fizikokimyasal özelliklerini modifiye eder. Bilindiği gibi proteinlerin dispersiyon, nemlilik, şişme, çözünürlük, viskozite, sututma kapasitesi, jelasyon, koagülasyon, emülsiyon ve köpürme gibi işlevsel özellikleri suprotein interaksiyonuna bağlıdır. Proteinlerin hidrasyon yeteneğini protein konsantrasyonu ve konformasyonu, ph, sıcaklık, zaman, iyonik kuvvet ve ortamda bulunan diğer komponentlerin (protein-protein yada protein-su) arasındaki kuvvet etkiler. Protein kaynaklı ingrediyenlerin absorblayıp yapıda tuttuğu su çeşitli gıdaların yapı oluşturma yeteneğiyle bazı özelliklerini oluşturmaktadır. Bunlar çoğunlukla et ürünlerinde ve hamurda gözlenen özelliklerdir. Su absorbsiyonu (emme,yapışım alma) yolu ile protein su alarak şişer ve böylece karakteristik olan yapı, tekstür, viskozite ve adhezyon gibi gıdanın bazı önemli reolojik özellikleri ortaya çıkar. 2.4.2. Çözünme Özelliği Proteinlerin bazı önemli işlevsel özellikleri proteinin çözünürlüğünden etkilenmektedir. Bu etkileşimler proseste ( üretim süreci ) uygulanan teknolojik işlemler açısından büyük önem taşır. Çözünürlükten; kalınlaşma, emülsiyon, köpük ve jel yapıcılık gibi özellikler fazla etkilenmektedir. Çözünmeyen proteinlerin gıda endüstrisinde kullanımında çok dikkatli olunmalıdır. Proteinlerin proses sırasındaki çözünürlük durumlarını etkileyen yapısal interaksiyon doğasından kaynaklanmaktadır. Bunlar sırasıyla hidrofobik ve iyonik yapılardır. Üretimde kullanılan parametreler de bu durumu ayrıca etkilemektedir. Hidrofobik interaksiyonlar (etkileşimine) protein-protein interaksiyonuna (etkilesimine) yol açarak çözünürlüğün 28

azalmasına yol açar. Bunun karşın iyonik interaksiyonlar protein-su etkileşimine neden olur ve çözünürlüğü artırır. Proteinin çözünürlüğü veya çözünmeme mekanizması doğal özelliğinden kaynaklandığı gibi herhangi bir etmene bağlı olarak da ortaya çıkabilmektedir. Bir proteinin çözünürlüğü: ortamın ph'ına, iyonik kuvvetine, ortam sıcaklığına ( C) ve protein konsantrasyonu ile ortamdaki organik çözücü gibi faktörlerin varlığına da bağlıdır. 2.4.3. Viskozite Özelligi Bir sıvının viskozitesi akışa karşı gösterdiği dirençle tanımlanır. Ancak tüketicilerin sıvı ya da yan katı gıdalara yönelik tercihi de ürünün viskozitesine bağlıdır. Proteinlerin viskozite davranışları çeşitli değişkenler arasındaki kompleks interaksiyonlara dayanmaktadır. Bunlar sırasıyla boyut, şekil, protein çözelti interaksiyonu, hidrodinamik hacim ve hidrate konumdaki moleküler esnekliktir. Protein su içinde öncelikle suyu absorblar ( yapısına almak,,emmek ) daha sonrada sişer. Hidrate molekülün hacmi, hidrodinamik boyut ve hacim daima hidrate olmamış molekül boyutu ve hacminden büyüktür. Protein sistemlerinin viskozite özellikleri sıvı gıdalarda büyük önem taşır. Örneğin içecekler, hazır çorbalar, soslar ve kremalar yapılarında yer alan proteinlerin gösterdiği dispersiyon özellikleri nedeniyle imalat sırasındaki üretim kriterlerinin optimizasyonunda farklılıkların doğmasma neden olur. 2.4.4. Jelleşme Özelliği Jel, sıvı ve katı bir ortam arasında oluşan ara bir fazdır. Jelasyon bir çok protein için önem taşıyan işlevsel bir özelliktir. Birçok gıdanın hazırlanmasında jelasyon önemli rol oynar. Denatüre olmuş protein molekülleri düzenli bir protein ağ yapı oluşturmak üzere agrege ( toplanmak )olduklarından jelasyon prosesi gerçekleşmektedir. Protein jelasyonu yalnızca katı-viskoelastik jel oluşumunda değil, aynı zamanda su absorblama gücünün gelişmesi, kalınlaştırma partiküllerin bağlanması, köpük stabilizasyonu gibi proseslerde de kullanılmaktadır. Ağ yapı oluşmasındaki interaksiyonlar öncelikle hidrojen bağları, hidrofobik ve elektrostatik interaksiyonlardır. Proteinler iki tip jel oluşturur; bunlardan ilki koagülasyona dayalı opak jel, ikincisi ise yarı şeffaf jeldir. 2.4.5. Yapı (Tekstür) Oluşturma Özelliği Bazı bitkisel ve hayvansal proteinlerden hazırlanan çeşitli preparatlar gıda endüstrisinde tekstürel özellikleri geliştirmek amacıyla kullanılmaktadır. Özellikle soya ve süt proteinleri ısıl koagülasyon işlemine tabi tutulduktan sonra film ya da fiber benzeri karışımlar haline getirilmekte ve yüksek su tutma kapasitesine sahip tekstür ajanları olarak kullanılmaktadır.. 29

2.4.6. Ara Yüzey Özelliği Doğal ya da işlem görmüş çeşitli gıdalar çoğu kez ya köpük ya da emülsiyon yapıdadır. Bu tip dispers sistemler iki faz arasındaki yüzeyde uygun bir amfilik madde yer alıncaya kadar stabil değildir. Bilindiği gibi proteinler amfoter moleküllerdir ve spontan olarak( kendiliğinden ) hava-su ya da yağ-su-yüzey arasına taşınır. Bu kendiliğinden gelişen ve sıvı kütleden yüzey arasına doğru oluşan protein taşınması, proteinin ara yüzeyindeki serbest enerjinin sıvı kütle fazının enerjisinden daha düşük olduğunu gösterir. Böylece denge kurulduğunda, ara yüzey bölgesindeki protein konsantrasyonu sıvı kütle fazındaki konsantrasyondan daha yüksek olmaktadır. 2.4.7. Hamur Oluşturma Özelliği Buğday endosperminde bulunan gluten hamur oluşumu sırasında karakteristik bir yapı oluşturur. Un suyla karıştırıldığında gluten proteinleri belli bir diziliş sergiler ve çapraz disülfit bağları meydana gelir. Bu çapraz bağlanma üç boyutlu viskoelastik bir yapının oluşmasına neden olur. Bu ağ yapı nişasta ve diğer komponentleri yapısında hapseder. Ekmek ve diğer fırıncılık ürünlerinin pişirilmesi sırasında son ürünün hacmi ve diğer fiziksel özelliklerinden bu ağ yapı sorumludur. 2.4.8. Emilsifiyan Özelliği Bazı doğal ve işlem görmüş gıdaların bir kısmı köpük bir kısmı da emülsiyon tipi ürunlerdir. Bu tipteki dispers sistemler, iki faz arasındaki ara yüzeyde uygun bir amfilik madde taşımadıkça stabil değildir. Proteinler amfilik moleküller olup bunlar hava-su veya yağ-su gibi ortamlardaki ara yüzeylerde kendiliklerinden doğal bir şekilde hareket eder. Proteinlerin bu spontan hareketleri proteinin ara yüzeyindeki serbest enerjisinin sıvı kitle fazından daha azalmasına neden olur. Böylece denge sağlandığında ara yüzeydeki protein konsantrasyonu sıvı fazdakinden daha fazla hale gelir. Proteinler ara yüzeyde yüksek bir viskoelastik özellik gösteren film oluşururlar. Bu ilke çercevesinde değerlendirilen proteinin emilsifiyon özellikleri gıda endüstrisinde yararlanılan önemli bir olgudur. 2.4.9. Köpürme Özelliği Gıda üretiminde bazı özel durumlarda köpük yapı oluşturmak istenildiğinde yine proteinlerden yararlanılabilmektedir. Böyle bir yapı kek, şekerleme, krema ürünleri, dondurma, hazır şantiler, mus tipi gıdalar ve ekmek gibi ürünlerde özel yapım oluşumuna yardımcı olur. Bu amaçla çoğu kez gaz olarak hava, sınırlı olarak da karbondioksit (CO 2 ) kullanılır. Bazı köpük gıdalar çok kompleks kolloidal bir yapıya sahiptir. Buna en iyi örnek dondurmadır. Kopük oluşumunu ve stabilitesini etkileyen faktörlerin başında bunu sağlayacak proteinin yüksek çözünürlük özelliği göstermesi gelmektedir. Bunun dışında ortam ph'sı, tuzun varlığı, sakkaroz ya da diğer şekerlerin bulunması, lipit konsantrasyonu gibi faktörler 30